Caractéristiques et types d'isogamie

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Egbert Haynes

La isogamie c'est un système reproducteur végétal où les gamètes sont morphologiquement similaires. La similitude se produit dans la forme et la taille, et les cellules sexuelles mâles et femelles ne peuvent pas être distinguées. Ce système reproducteur est considéré comme ancestral. Il se produit dans différents groupes d'algues, de champignons et de protozoaires.

Les gamètes impliqués dans l'isogamie peuvent être mobiles (ciliés) ou non. Leur union se fait par conjugaison. Des cellules sexuelles indifférenciées fusionnent et échangent du matériel génétique.

Isogamie. Modifié à partir de M. Piepenbring [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons

L'isogamie peut être homothalique ou hétérothalique. Il est homothalique lorsque la fusion se produit entre des gamètes ayant le même génome. Dans l'isogamie hétérothalique, les gamètes ont une constitution génétique différente.

Index des articles

  • 1 Fonctionnalités
  • 2 types
    • 2.1 Isogamie homothalique
    • 2.2 Isogamie hétérothalique
  • 3 Organismes à gamètes isogamiques
    • 3.1 Organismes modèles
    • 3.2 Exceptions à la règle
  • 4 Isogamie dans les algues
    • 4.1 Chlamydomonas
    • 4.2 Clostérium
    • 4.3 Algues brunes
  • 5 Isogamie chez les champignons
    • 5.1 Levures
    • 5.2 Champignons filamenteux
  • 6 Isogamie chez les protozoaires
  • 7 Conséquences écologiques et évolutives
    • 7.1 Investissement parental symétrique
    • 7.2 Évolution
  • 8 Références

Caractéristiques

Source: M. Piepenbring [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

La reproduction par isogamie se fait par conjugaison. En cela, le contenu d'une cellule se déplace vers une autre et la fusion se produit.

Des processus de carigamie (fusion de noyaux) et de plasmogamie (fusion de cytoplasme) sont impliqués. La différenciation des cellules somatiques en cellules sexuelles peut être associée à des conditions environnementales. L'interaction avec d'autres individus de la même espèce peut également influencer.

Après la différenciation, les gamètes doivent trouver et reconnaître d'autres cellules sexuelles. Dans les groupes où l'isogamie se produit, la reconnaissance et la fusion des gamètes se produisent de différentes manières.

Les cellules sexuelles peuvent être flagellées ou immobiles. Dans certains cas, ils sont gros, comme dans certaines algues vertes.

Les types

Il existe deux types d'isogamie liés à la constitution génétique des gamètes.

Isogamie homothalique

Le gamète d'un individu est conjugué avec un autre du même groupe clonal. Dans ce cas, l'autofécondation est considérée comme se produisant.

Tous les noyaux ont le même génotype et il n'y a pas d'interaction avec un génotype différent. Les cellules somatiques se différencient directement en cellules sexuelles.

Les gamètes se forment dans les populations clonales et une fusion ultérieure se produit pour former le zygote.

Isogamie hétérothalique

Les gamètes sont produits chez différents individus, qui ont une constitution génétique différente.

Les gamètes doivent avoir une compatibilité génétique pour que la fusion se produise. Deux types de gamètes sont généralement formés. Le "plus" et le "moins" compatibles entre eux.

La cellule gamétangiale (qui produit le gamète) d'un type forme une paire avec celle de l'autre type. Ceux-ci sont reconnus par des communications chimiques qui, dans certains cas, impliquent la production de phéromones.

Organismes à gamètes isogamiques

La condition de l'isogamie semble dominer dans les organismes unicellulaires, tandis que l'anisogamie est presque universelle pour les eucaryotes multicellulaires. Dans la plupart des lignées eucaryotes d'organismes unicellulaires, les gamètes sont de taille égale et nous ne faisons pas de distinction entre les mâles et les femelles..

Organismes modèles

Chez les eucaryotes, il existe un nombre important d'espèces à gamètes isogamiques. Cependant, nous ne mentionnerons que les genres qui apparaissent constamment dans la littérature biologique - bien qu'il y en ait beaucoup plus..

L'amibe sociale bien connue de l'espèce Dictyostelium discoideum, la levure commune que nous utilisons pour faire de la nourriture Saccharomyces cerevisiae et le parasite protozoaire qui cause la maladie du sommeil Trypanosoma brucei sont tous des exemples d'organismes avec des gamètes identiques.

Chez les algues vertes, l'isogamie est un phénomène courant. En fait, il existe deux types d'isogamie dans ces organismes.

Certaines espèces produisent des gamètes de taille relativement moyenne avec un système phototactique représenté par une tache oculaire. D'autres espèces ont les mêmes gamètes, mais beaucoup plus petits que dans le cas précédent. En outre, ils n'ont pas la tache oculaire.

Exceptions à la règle

Cependant, il n'est pas possible de faire une observation aussi radicale et de restreindre les gamètes isogamiques aux lignées unicellulaires et anisogamiques aux êtres multicellulaires..

En effet, les plantes présentent quelques exceptions à cette règle, puisque les genres d'algues vertes coloniales tels que Pandorina, Volvulina Oui Yamagishiella présenter l'état de l'isogamie.

Il existe également des exceptions dans le sens inverse, car il existe des organismes unicellulaires, comme les algues vertes de l'ordre des Bryopsidales, qui présentent des gamètes différents..

Isogamie dans les algues

Chez les algues, la présence de deux types de cellules sexuelles associées à l'isogamie a été observée.

Dans certains groupes, les gamètes sont de taille moyenne et possèdent des mécanismes de phototaxie. Il y a une tache oculaire qui est stimulée par la lumière.

Ils sont généralement associés à la présence de chloroplastes et à la capacité d'accumuler des substances de réserve. Dans d'autres cas, les gamètes sont très petits et n'ont pas de tache oculaire..

La reproduction sexuée des algues isogamiques se produit différemment.

Chlamydomonas

C'est un groupe d'algues vertes unicellulaires, avec deux flagelles. Il présente une isogamie hétérothalique. L'isogamie homothalique peut se produire chez certaines espèces.

Les cellules végétatives haploïdes se différencient en cellules sexuelles lorsque les conditions d'azote augmentent dans le milieu. Il existe deux types de gamètes, avec des compléments génétiques différents.

Les gamètes produisent des agglutinines (molécules d'adhésion) qui favorisent la fixation des flagelles. Après fusion, les deux gamètes fournissent les informations génétiques nécessaires au développement de l'embryon.

Closterium

Ces algues appartiennent à la division Charyophyta. Ils sont unicellulaires. Ils présentent une isogamie homothalique et hétérothalique.

Les gamètes ne sont pas mobiles. Dans ce cas, à l'origine des cellules sexuelles, une papille de conjugaison se forme. Les cytoplasmes sont libérés par rupture de la paroi cellulaire.

Par la suite, la fusion des protoplasmes des deux gamètes se produit et le zygote se forme. L'attraction chimique entre les différents types génétiques est considérée comme se produisant dans l'isogamie hétérothalique.

Algues brunes

Ce sont des organismes multicellulaires, avec des gamètes isogames flagellés. D'autres groupes se reproduisent par anisogamie ou oogamie.

Les gamètes sont morphologiquement les mêmes, mais ils se comportent différemment. Il existe des espèces où le type femelle libère des phéromones qui attirent le type mâle.

Dans d'autres cas, un type de gamète se déplace pendant une courte période. Ensuite, ingérez le flagelle et libérez des phéromones. L'autre type se déplace plus longtemps et a un récepteur de signal de phéromone.

Isogamie chez les champignons

Les deux types homothaliques et hétérothaliques sont l'isogamie. Dans la plupart des cas, la reconnaissance des gamètes est associée à la production de phéromones.

Levures

Dans divers groupes unicellulaires tels que Saccharomyces, les gamètes se différencient en réponse à une modification de la composition du milieu de culture. Les cellules somatiques se divisent par méiose dans certaines conditions, telles que de faibles niveaux d'azote..

Les gamètes de constitution génétique différente sont reconnus par des signaux de phéromones. Les cellules forment des projections vers la source des phéromones et rejoignent leurs apex. Les noyaux des deux gamètes migrent jusqu'à ce qu'ils fusionnent et forment une cellule diploïde (zygote).

Champignons filamenteux

Ce sont des organismes multicellulaires. Ils présentent principalement des systèmes hétérothalliques. Au cours du développement sexuel, ils forment des structures donneuses (masculines) et réceptives (féminines).

La fusion cellulaire peut se produire entre une hyphe et une cellule plus spécialisée ou entre deux hyphes. L'entrée du noyau du donneur (mâle) dans l'hyphe, stimule le développement d'un organe de fructification.

Les noyaux ne fusionnent pas immédiatement. Le corps fructifère forme une structure dicaryote, avec des noyaux de constitution génétique différente. Par la suite, les noyaux fusionnent et se divisent par méiose.

Isogamie chez les protozoaires

L'isogamie se produit dans des groupes unicellulaires flagellés. Ces organismes ciliés établissent une connexion cytoplasmique entre les gamètes dans des zones spécialisées de la membrane plasmique..

Les groupes ciliés ont deux noyaux, un macronoyau et un micronoyau. Le macronoyau est la forme somatique. Le micronoyau diploïde se divise par méiose et forme le gamète.

Les noyaux haploïdes sont échangés par un pont cytoplasmique. Par la suite, les cytoplasmes de chaque cellule sont restaurés et ils retrouvent leur autonomie. Ce processus est unique chez les eucaryotes.

Au Euplots Des phéromones spécifiques de chaque type génétique sont produites. Les cellules arrêtent la croissance somatique lorsqu'elles détectent une phéromone de constitution génétique différente.

Pour les espèces de Dileptus des molécules de reconnaissance sont présentées à la surface de la cellule. Les gamètes compatibles sont liés par des protéines d'adhésion dans les cils.

Au Paramécie des substances de reconnaissance sont produites entre des gamètes compatibles. Ces substances favorisent l'union des cellules sexuelles, ainsi que leur adhésion et leur fusion ultérieure..

Conséquences écologiques et évolutives

Investissement parental symétrique

En biologie évolutive, l'un des sujets les plus discutés lorsque nous parlons d'organismes complexes (comme les mammifères) est l'investissement parental. Ce concept a été développé par l'éminent biologiste Sir Ronald Fisher dans son livre "La théorie génétique de la sélection naturelle», Et implique les dépenses des parents pour le bien-être de la progéniture.

L'égalité dans les gamètes implique que l'investissement parental sera symétrique pour les deux organismes impliqués dans l'événement reproducteur..

Contrairement au système d'anisogamie, où l'investissement parental est asymétrique, et c'est le gamète femelle qui fournit l'essentiel des ressources non génétiques (nutriments, etc.) pour le développement des zygotes. Avec l'évolution des systèmes qui présentent un dimorphisme dans leurs gamètes, une asymétrie s'est également développée dans les organismes parentaux.

Évolution

D'après les preuves et les schémas de reproduction que l'on trouve chez les espèces modernes, il semble logique de considérer l'isogamie comme la condition ancestrale, apparaissant dans les premiers stades de la reproduction sexuée..

Dans plusieurs lignées d'organismes multicellulaires, tels que les plantes et les animaux, un système de reproduction différentielle a évolué indépendamment, où les gamètes femelles sont grandes et immobiles et les mâles sont petits et peuvent se déplacer vers l'ovule..

Bien que les trajectoires précises du passage d'une condition isogamique à une condition anisogamique ne soient pas connues, plusieurs théories ont été formulées..

Théorie 1

L'un d'eux met en évidence un compromis possible entre la taille des gamètes et leur nombre. Selon cet argument, l'origine de l'anisogamie est une stratégie évolutive stable provoquée par une sélection disruptive dans la recherche d'efficacité et de survie du zygote..

Théorie 2

Une autre théorie cherche à expliquer le phénomène comme un moyen de compenser une cellule immobile (l'ovule) avec de nombreuses cellules capables de se déplacer (le sperme)..

Théorie 3

Un troisième point de vue explique la génération de l'anisogamie comme une caractéristique adaptative pour éviter les conflits entre le noyau et le cytoplasme dus à l'hérédité uniparentale des organites..

Les références

  1. Hadjivasiliou Z et A Pomiankowski (2016) La signalisation des gamètes sous-tend l'évolution des types d'accouplement et de leur nombre. Phil. Trans. R. Soc. B 371: 1-12.
  2. Lehtonen J, H Kokko et GA Parker (2016) Que nous apprennent les organismes isogames sur le sexe et les deux sexes?. Trans. R. Soc. B 371: 20150532.
  3. Ni M, M Fererzaki, S Sun, X Wang et J Heitman (2011) Sexe dans les champignons. Annu. Rev. Genet. 45: 405-430.
  4. Togashia T, JL Bartelt, J Yoshimura, K Tainakae et PA Cox (2012) Les trajectoires évolutives expliquent l'évolution diversifiée de l'isogamie et de l'anisogamie chez les algues vertes marines. Proc Natl Acad Sci 109: 13692-13697.
  5. Tsuchikane Y. M Tsuchiya, F Hinka, H Nozaki et H Sekimoto (2012) Formation de zygospores entre souches homothalliques et hétérothalliques de Closterium. Sex Plant Reprod 25: 1-9.

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